王 堅
1前言
有條件接收系統(tǒng)(CAS)是數(shù)字CATV系統(tǒng)的一個重要組成部分，是對終端用戶接收控制和開展數(shù)字CATV增值業(yè)務(wù)的核心技術(shù)保障系統(tǒng)。從字面上分析，有條件接收（Conditional Access，CA）體現(xiàn)了兩個方面的技術(shù)含義：其一，數(shù)字CATV系統(tǒng)運營者如何阻止終端用戶接收未經(jīng)授權(quán)的節(jié)目；其二，運營者如何從用戶處收取費用。從結(jié)構(gòu)上分析，可以認為CAS由前端發(fā)送和終端接收這兩個相對獨立的部分組成。前端完成廣播數(shù)據(jù)的加擾和授權(quán)信息的發(fā)送以及解擾密鑰的加密處理；終端完成傳輸碼流（TS）的解擾和解密工作，恢復(fù)出授權(quán)接收的節(jié)目和數(shù)據(jù)信息。在當前的數(shù)字電視標準中，占主流的主要有以歐洲為根據(jù)地的DVB標準、北美國家主推的ATSC標準及日本制定的ISDB標準，而DVB標準適用范圍更廣泛，已經(jīng)成為我國數(shù)字電視標準制定的一個重要參考依據(jù)，因此在本文中，筆者以DVB標準框架為基礎(chǔ)，簡要地介紹與數(shù)字CATV的有條件接收系統(tǒng)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。
2、5項關(guān)鍵技術(shù)
2.1加擾和解擾技術(shù)
DVB標準的數(shù)字CATV(DVB-C)中定義了兩種加解擾方式，即同密技術(shù)和多密技術(shù)。同密技術(shù)的核心是不同廠家采用一個慣用的加擾方式，但對各自的密鑰數(shù)據(jù)采用各自的加密算法，同時遵循通用的加擾算法來加擾電視節(jié)目，即對節(jié)目內(nèi)容的加擾必須采用同一個加擾算法和加擾控制字。在發(fā)送前端，由某一個CA系統(tǒng)產(chǎn)生的控制字（CW），通過一個通用的加擾算法系統(tǒng)（CSA）去控制加擾過程，這個CW再由不同的CA廠商的加密器產(chǎn)生出授權(quán)控制信息（ECM），會同它們不同的授權(quán)管理信息（EMM）和節(jié)目數(shù)據(jù)流一起復(fù)用進TS流中，經(jīng)過調(diào)制器正交調(diào)幅（64QAM）調(diào)制后傳輸給用戶。在接收端的機頂盒中，由于內(nèi)部集成的CA技術(shù)和前端所采用的CAS相匹配，因此智能卡中只需根據(jù)授權(quán)信息將CW解出來，再送回機頂盒中通過CSA解擾處理后就能恢復(fù)出各種數(shù)據(jù)。同密技術(shù)的最大優(yōu)點是可以保證接收端使用不同的接收設(shè)備而同時又能接收相同的數(shù)字電視節(jié)目。 另一種加解擾方法稱為多密方式，多密技術(shù)主要是針對接收端而言，在這種方式下，不同的CA系統(tǒng)有不同的加擾算法，所以這種系統(tǒng)必須要將解密和解擾算法都集成到具有通用接口的插入式智能卡上，多密方式的優(yōu)點是可以同時支持多個CA系統(tǒng)。
2.2加密和傳輸控制技術(shù)
在數(shù)字CATV有條件接收系統(tǒng)中，采用了3層加密機制。解擾密鑰CW用于對偽隨機序列發(fā)生器起始觸發(fā)，產(chǎn)生新的偽隨機序列進行加解擾；業(yè)務(wù)密鑰（SK）對控制字進行加密，在授權(quán)控制信息（ECM）中傳輸；對CW加密的SK在經(jīng)過用戶個人分配密鑰（PDK）加密處理后，在授權(quán)管理信息（EMM）中傳送。可見，節(jié)目有條件接收的核心是控制字加密與傳輸?shù)目刂疲鹗伎刂谱肿鳛榻鈹_密鑰使用，而解擾密鑰是系統(tǒng)安全的基本要素，因此該值的選取采用了動態(tài)隨機確定的方法（1 s可能變化幾次）。CW是隨加擾信息一起通過公用網(wǎng)傳送，任何人都可讀取研究它，一旦CW被竊密者讀取破解，那么整個系統(tǒng)就癱瘓了，因此在數(shù)字CATV中使用了一個變化的業(yè)務(wù)密鑰（SK），并通過加密算法對CW以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)的其他部分進行加密保護，在具體應(yīng)用中，這個密鑰可以按網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營商要求經(jīng)常加以改變。考慮到在網(wǎng)絡(luò)運營商提供的特殊服務(wù)中， SK的時限通常差異很大，因此通常給每個用戶存儲兩個密鑰，一個當前使用，一個“下一次”使用，這兩個密鑰分別稱作“偶密鑰”和“奇密鑰”，含有識別它為偶或奇的特征比特，解擾器接收到后將該密鑰存儲在適當位置。如果當前使用偶密鑰加密，則同時分配新密鑰為奇密鑰，在系統(tǒng)確定所有用戶收到新密鑰后偶密鑰失效，同時新分配的奇密鑰就啟動來解密數(shù)據(jù)，下一次密鑰的分配就以新的偶密鑰開始。CW雖然已經(jīng)由SK加密，但為了防止這個密鑰被他人讀取，必須對SK進行加密保護。由于共用網(wǎng)絡(luò)尋址模式中數(shù)據(jù)包是按用戶地址傳送的，每個終端設(shè)備有一個不重復(fù)的唯一的地址碼，因此可以用地址碼來對SK加密。 在實際使用中，終端設(shè)備的地址一般是公開的，且基本不變，所以往往用與這個地址碼相關(guān)聯(lián)的一個數(shù)列來進行加密，這個數(shù)列即為個人分配密鑰（PDK）。PDK一般由CA系統(tǒng)設(shè)備自動產(chǎn)生并嚴格控制，在終端設(shè)備處該序列數(shù)一般由網(wǎng)絡(luò)運營商通過CA系統(tǒng)提供的專用設(shè)備燒入解擾器的PROM中，不能再讀出。為了能提供不同級別、不同類型的各種服務(wù)，一套CA系統(tǒng)往往為每個用戶分配好幾個PDK，來滿足豐富的業(yè)務(wù)需求。
2.3用戶管理系統(tǒng)
用戶管理系統(tǒng)（SMS）是數(shù)字化播出前端的心臟。SMS采用數(shù)字技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，對用戶收看數(shù)字電視節(jié)目實現(xiàn)數(shù)字電視有條件接收用戶的管理以及進行多功能信息服務(wù)。通過對用戶訂購信息的記錄與處理，SMS完成用戶付費情況和信用等級的檢查，形成用戶數(shù)據(jù)庫，并通過與CAS的接口，向CAS發(fā)送用戶授權(quán)信息的基本數(shù)據(jù)，CAS據(jù)此實現(xiàn)對用戶收看數(shù)字電視節(jié)目的控制。
2.4數(shù)字復(fù)用技術(shù)
復(fù)用技術(shù)是前端的一個重要組成部分。從發(fā)送端信息的流向來看，它將視頻、音頻、數(shù)據(jù)等編碼器送來的信號以多個ASI傳輸流的形式加到復(fù)用器的輸入端，經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特流，送給信道編碼及調(diào)制，接收端信號的處理與此過程正好相反。復(fù)用的一個重要特點是能讓輸出傳輸流自動跟隨輸入信號的諸多變化，及時地將這些變化反映到輸出的傳輸流中去。通常復(fù)用技術(shù)可分為一般復(fù)用技術(shù)和統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)。一般復(fù)用技術(shù)即將輸入的多個TS流信息匯總成一個比特率更高的TS流輸出，不改變各TS流中所含節(jié)目信息的比特率；而統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)則可分析各輸入節(jié)目的具體情況，實施按需分配的方法，使有限的比特率能盡可能合理地在所有的節(jié)目間進行動態(tài)分配，以達到壓縮比特率而盡量不影響節(jié)目質(zhì)量的目的。
2.5智能卡技術(shù)
智能卡是一塊芯片，內(nèi)嵌CPU，ROM和RAM等集成電路�？ㄖ杏幸粋�專用的掩膜的ROM，用來存儲用戶地址、解密算法和操作程序。為了從根本上解決智能卡的安全問題，通常實施了4項措施來加以保證：①芯片內(nèi)部的只讀存儲器在電子顯微鏡掃描下內(nèi)部信息即可被擦除，防止信息被非法盜�。虎谠谛酒瑑�(nèi)部，數(shù)據(jù)流在存儲器之間的流動不能被直接檢測出來。
